Unitatea centrală de prelucrare



•

Placa de bază

 •

Unitatea centrală de prelucrare

 •

Memoria internă

 •

Placa video

 •

Placa de sunet

La sfârșitul orei elevii vor fi capabili:

O1 : Să cunoască care sunt funcțiile componentelor ce alcătuiesc unitatea centrală. O2 : Să știe din ce este alcătuită unitatea centrală.

O3 : Să cunoască rolul plăcii de bază într-un sistem de calcul.

O4 : Să cunoască elementele componente ale plăcii de bază și rolul acestora. O5 : Să cunoască funcțiile unității centrale de prelucrare.

O6 : Să cunoască componentele procesorului.

O7 : Să înțeleagă de ce depinde viteza de lucru a unui procesor. O8 : Să știe de câte tipuri sunt procesoarele

O9 : Să înțeleagă care este rolul memoriei interne. O10 : Să știe de câte feluri este memoria internă.

O11 : Să știe prin ce se caracterizează memoria ROM.

O12 : Să știe unde se află memoria ROM în cadrul unității centrale. O13 : Să știe prin ce se caracterizează memoria RAM.

O14 : Să știe cum este codificată informația în memoria internă. O15 : Să știe care sunt tipurile de memorie RAM.

O16 : Să cunoască parametrii de evaluare a memoriei RAM.

O17 : Să înțeleagă cum influențează parametrii memo.RAM performanțele sistemului. O18 : Să știe care este rolul plăcii video într-un sistem de calcul.

O19 : Să știe caracteristicile plăcii video.

Unitatea centrală (UC) grupează componentele de memorare,

prelucrare şi comandă fiind ”creierul” şi ”inima” maşinii.

Funcţia de memorare este asigurată de memoria internă și memoria internă a calculatorului.

Funcţiile de prelucrare şi de comandă sunt asigurate de Unitatea Centrală de Prelucrare (UCP) sau procesorul prin componentele sale Unitatea Aritmetico - Logică (UAL) şi Unitatea de Comandă şi Control (UCC).

Prelucrarea diferitelor tipuri de date se realizează şi prin intermediul plăcii video, plăcii de sunet şi a plăcii de reţea care pot fi incluse pe placa de bază sau pot fi montate pe diferite sloturi de extensie (PCI, PCI-Express, AGP).

Componentele care intră în alcătuirea unitatății centrale (UC) sunt :

 Placa de bază;

 Unitatea centrală de prelucrare;  Memoria internă;

 Placa video;  Placa de sunet;  Placa de rețea;  Memoria externă;

 Placa de bază asigură suportul pentru principalele module care intră în alcătuirea unui calculator personal.

Poate fi uşor asimilată unei coloane vertebrale, ea reunind practic toate subsistemele importante ale calculatorului.

O placă de bază este un circuit imprimat care conţine mii de trasee şi legături la circuitele ce interconectează toată arhitectura hardware a unităţii centrale.

Din punctul de vedere al dimensiunii există mai multe tipuri de plăci de bază: Nr.Crt Tip Dimensiune

1. ATX 12” × 9,6”

2. Mini ATX 11,2” × 8,2”

3. Flex ATX 9” × 7,5”

4. Standard BTX 12,8” × 10,5”

Interfata procesorului (soket)

Chipsetul

Memoria CMOS

Sloturi DIMM pentru memoria RAM DDR2

Conectori la interfata de disc (IDE, S-ATA) Conector Floppy disc

Conectori PCI-Express x16, PCI-Express x1

Conectori pentru placile de extensie PCI

Porturi de comunicatie (PS/2, serial, VGA, USB)

Conectori audio (Line In, Line Out, Mic in), conector retea (RJ-45)

Conector alimentare cooler procesor Conectori pentru sursa de alimentare

(24 piniși 4 pini)

Chip placa audio

Conector audio panou frontal

Magistralele de comunicatii externe

 Interfața procesorului (soket)

Se regăseşte pe placa de bază sub forma unui soclu pe care se conectează microprocesorul. Acest soclu se poate caracteriza prin :

 Tipul procesorului interfaţat (Intel, AMD);  Numărul de pini de conectare;

 Tensiunea de alimentare a plăcii de bază.

 Soclurile memoriei RAM

Se regăsesc pe placa de bază sub forma unor socluri în care sunt introduse extensiile de memorie.

 Chipsetul poate fi comparat cu o intersecţie unde se întretaie

biţii care circulă între procesor – memorii - magistrale.

Din punct de vedere al amplasării el se află între procesor, sloturile de extensie ale magistralelor şi sloturile de memorie şi este sudat pe placa de bază, făcând corp comun cu aceasta şi de aceea nu există nici o procedură de upgrade a lui.

Din punct de vedere funcţional:

 Puntea de nord (northbridge) – se

regăsesc conexiunile cu procesorul, cu memoria RAM, cu memoria cache de nivel doi şi cu magistrala de date;

 Puntea de sud (southbridge) – sunt

tratate toate operaţiunile de intrare ieşire cu perifericele.

 Magistralele de comunicații externe sunt de două tipuri:

a) Magistralele procesorului

b) Magistrala de intrări / ieşiri (magistrala sistem sau principală) a) Magistralele procesorului sunt :

 Magistrala de comenzi – reprezintă traseul prin care circulă

bidirecţional ordine ce provin de la microprocesor;

 Magistrala de adrese – reprezintă un traseu unidirecţional prin

care circulă adresele de memorie unde vor fi localizate instrucţiunile unui program în curs de execuţie.

 Magistrala de date – reprezintă un ansamblu de 32 sau 64 de căi

de comunicaţie paralele prin care se transmit datele între microprocesor şi memoria internă. Frecvenţa de lucru a magistralei de date (FSB) reprezintă un multiplu al frecvenţei plăcii de bază (133MHz).

b) Magistrala de intrări / ieşiri (magistrala sistem, principală)

Asigură vehicularea unui volum mare de date între procesor şi orice dispozitiv periferic (placă video, discuri, imprimantă). Se caracterizează prin lăţimea de bandă şi viteza bus-ului .

Magistrala sistem de pe placa de bază conţine şi extensii ale acesteia numite magistrale de extensie (expansion bus) care permit eventuale modernizări (upgrade-uri) şi completări ale hardware-ului instalat. Magistralele de extensie cuprind sloturi PCI, AGP, ISA, intefeţe IDE, EIDE, porturi seriale, paralele, USB.

 Magistrala PCI (Peripheral Component Interconnect) – a permis

o descentralizare a unor prelucrări către anumite interfeţe (numite şi inteligente : interfaţa video cu placa grafică, interfaţa cu placa de reţea, cu placa de sunet) degrevând procesorul de astfel de sarcini.

 Magistrala AGP (Accelerated Graphic Port) – este o cale de

comunicaţie foarte rapidă ce vehiculează informaţiile video de la memoria RAM a sistemului către placa grafică.

-AGP 1x- a avut frecvenţa 66MHz (dubla faţă de PCI), rezultând rată de transfer de 266MB/s;

-AGP 2x- a dublat volumul datelor transferate ajungând la o lăţime de bandă de 533MB/s (prin utilizarea ambelor fronturi ale semnalului de ceas sistem (crescător - high şi descrescător - low);

-AGP 2.0-4x- a cvadrublat lăţimea de bandă rezultând rată de transfer de 1,07GB/s (informaţia vehiculată pe un puls de ceas, a crescut de la 8 bytes la 16 bytes);

-AGP 3.0-8x- a dublat datele transferate pe un puls de ceas, de la 16bytes la 32bytes, în condiţiile menţinerii unei frecvenţe de 66MHz, conducând la debite de transfer de 2,1GB/s.

 Unitatea centrala de prelucrare (UCP - procesorul). Reprezintă elementul de bază a unui calculator, creierul calculatorului. Îndeplineşte rolul de prelucrare automata a datelor (decodificarea instrucţiunilor şi execuţia acestora) şi rolul de coordonare a

funcţionării întregului sistem.

Se află în interiorul carcasei calculatorului, montată pe placa de bază. Este alcătuit din mai multe micromodule interconectate prin intermediul unor căi de comunicație - magistralele interne - pe care circula date, instrucțiuni, comenzi.

Caracteristicile unei magistrale sunt: Lățimea magistralei (număr de

benzi)-numărul de biți transmiși în paralel;

Din punct de vedere funcţional, este format din nucleul procesorului şi memoria cache.

 Nucleul procesorului – are rol de procesare a instrucţiunilor şi

datelor şi executarea acestora prin manipularea datelor. Acesta îşi

exercită funcţiile printr-un sistem de regiştrii. Nucleul

procesorului este alcătuit din : unitatea de comandă şi control şi unitatea aritmetico-logică.

 Unitatea de comandă şi control prelucrează o singură categorie

de informaţii şi anume instrucţiunile programului care se află în execuţie. De asemenea, produce şi toate semnalele care vor comanda şi sincroniza funcţionarea componentelor unităţii centrale.

 Unitatea aritmetico-logică este acea componentă a procesorului

capabilă să prelucreze informaţia prin calculele matematice şi funcţiile logice pe care le execută.

 Memoria cache – pentru ca procesorul să nu execute cicluri maşină în gol, o parte din cele mai accesate informaţii din RAM se găsesc salvate într-o mică memorie a procesorului – memoria cache. Astfel datele şi instrucţiunile pot fi stocate temporar direct în procesor.

Un procesor modern are două sau trei niveluri de memorie cache :

 Cache-ul primar sau intern (de nivel unu) de diemensiuni mici

stochează date foarte rapid în interiorul procesorului, funcţionînd la aceeaşi frecvenţă de tact cu acesta.

 Cache-ul secundar sau extern (de nivel doi), plasat între cel

primar şi RAM de dimensiuni mai mari, serveşte ca intermediar în tranzacţiile procesorului cu memoria, alimentând primul nivel de cache.

Viteza de lucru a unui procesor depinde de:

 Frecvența ceasului intern al sistemului (se măsoară în GHz);

 Frecvența ceasului extern (frecvența plăcii de bază FSB - Front

Side Bus) – viteza vehiculării informației pe magistralele de comunicație externe (bus-uri), în interiorul unității centrale;

 Existența și mărimea memoriei cache;

 Lățimea de bandă a magistralelor de comunicații;

Există doi mari producători de procesoare :

Intel Corporation, care a produs modelele : • Intel (8086, 80286, 80386, 80486), • Intel Pentium (Pentium Pro, Pentium II, Pentium III, Pentium 4), • Celeron, • Xeon, • Itanium, • Intel Core2.

Advanced Micro Devices, Inc (AMD), care a produs modelele : • K5 şi K6, • Duron, • Athlon, • Opteron.

 Memoria internă (sistem, principală, primară) este parte a U.C. ce operează nemijlocit cu procesorul, stocând primar datele (date de intrare, programe, informații) codificate binar (sub formă de simboluri 0 și 1), grupate în octeți (bytes).

Există două tipuri de memorie internă :

a) Memoria ROM (Read Only Memory)

b) Memoria RAM (Random Acces Memory)

a) Memoria ROM – asigură funcția de memorare numai cu citire de date. Memoria ROM nu poate fi nici ștearsă nici actualizată. Procesorul poate citi și executa programele imprimate pe cipul ROM dar nu le poate scrie. Aceasta conține BIOS-ul (Basic Input Output

System) ce controlează modul cum informațiile sunt transmise

Din punctul de vedere al posibilităţii de actualizare memoria ROM a evoluat astfel:

 Memoria PROM (Programmable ROM) – fabricată ca memorie

nescrisă, poate fi progrmată o singură dată în condiții speciale, în fabrică.

 Memoria EPROM (Erasable PROM) – memorie pentru citire care

poate fi ștearsă cu raze ultraviolete, iar scrierea cu un arzător PROM. Această memorie permite fabricantului să actualizeze conținutul memoriei până la ieșirea din fabrică.

 Memoria EEPROM (Electrically EPROM) – memorie de tip citire programabilă care poate fi ștearsă electric (exemplu: memoria Flash). Multe calculatoare moderne au BIOS-ul memorat pe un cip de memorie FLASH pentru a putea fi ușor actualizată.

DDR2 Specificaţie Modul DDR2 Specificaţie Chip Lăţimea de bandă PC2-1600 DDR2-400 (200 MHz) 3.2 GB/sec PC2-2100 DDR2-533 (266 MHz) 4.267 GB/sec PC2-2700 DDR2-667 (333 MHz) 5.333 GB/sec PC2-3200 DDR2-800 (400 MHz) 6.4 GB/sec

b) Memoria RAM – este o memorie volatilă (informațiile sunt păstrate atâta timp cât nu se întrerupe alimentarea cu tensiune), atât citită cât și scrisă.

Se prezintă sub forma unor plăcuțe pe care sunt inserate cipuri de memorie. Capacitatea unei plăcuțe se măsoară în MB, GB și este întotdeauna o putere a lui 2. Plăcuţele de memorie RAM se fixează în sloturile de memorie existente pe placa de bază.

Memoria RAM este împărțită în locații de memorie (octeți) care se identifică printr-o adresă unică, prin intermediul căreia informațiile pot fi citite în orice ordine (aleator).

Cele mai uzuale tipuri de memorie internă au fost: • SRAM (Static RAM), • DRAM (Dynamic RAM), • SDRAM (Synchronous Dynamic RAM), • RDRAM (Rambus Dynamic RAM), • DDR (Double-Date Rate), • DDR2 (Double-(Double-Date Rate Two), • DDR3.

Parametrii de evaluare a memoriei interne :

 Dimensiunea locației adresabile – trebuie să fie compatibil cu

lățimea magistralei de date și adrese.

 Timpul de acces (de ordinul 10-9_{s) – trebuie să fie cât mai mic.}

 Capacitatea totală a memoriei interne (512MB și 1GB) – volumul

de informații care poate fi stocat de memorie internă.

 Tensiunea de alimentare – o tensiune mai joasă permite

ridicarea frecvenței de lucru

 Placa video (adaptorul video) – controlează ieşirile din calculator către monitor. Este recomandat ca placa video să fie cel mult la fel de bună ca procesorul. Se fixează pe placa de bază într-un slot AGP (mod de transfer al datelor 1x, 2x, 4x, 8x) sau PCI Express. Caracteristicile unei plăci video:

 memoria proprie – folosită pentru a atenua diferența dintre

viteza mare a procesorului și viteza plăcii video.

 interfața – tipul portului prin care se conectează la placa de

bază și viteza de transfer a datelor prin interfață.

În tabelul de mai jos sunt prezentate standardele video şi caracteristicile acestora :

 Placa de sunet – de cele mai multe ori este inclusă pe placa de

bază. Există însă și plăci de sunet separate care se conectează pe un slot PCI care permit obținerea unui sunet de o calitate mai bună, pe mai multe canale.

Denumire Rezoluţie grafică maximă Nr. de culori în paletă Nr. de culori afişate

simultan

VGA (Video Graphics Array) 640 × 480 Peste 16 milioane 16

XGA (eXtended Graphics Array) 640 × 480 sau 1024 × 768 Peste 16 milioane 65.536 / 256

SVGA (Super Video Graphics Array) 800 × 600 sau 1200 × 1600 Peste 16 milioane Peste 16 mil.

SXGA (Super XGA) 1280 × 1024 Peste 16 milioane Peste 16 mil.

SXGA+ (Super XGA Plus) 1400 × 1050 Peste 16 milioane Peste 16 mil.

UXGA (Ultra XGA) 1600 × 1200 Peste 16 milioane Peste 16 mil.

 Carcasa. Componentele unităţii centrale sunt montate în carcasă. În funcţie de dimensiunea carcasei există mai multe categorii: Full-Tower, Mid-Tower, Mini-Tower, Descktop.